蓄电池及电极材料专业

南开大学 1978 年在国内率先开展非晶硅材料及其电池的研究，该技术获得天津市技术发明二等奖。自“六五”至“九五”期间，连续 4个五年国家科技攻关计划，获科技部重点攻关和天津市科委的支持，经过 20 余年潜心研发，硅基薄膜太阳电池性能跻身世界先进行列。于 2003 实现非晶硅电池产业化。 2000 年始，在国内率先开展新一代硅薄膜电池的研究。2007 年，该成果实现技术转移生产。 2009 年，研制成功我国首套基于自主专利技术的、衬底面积0.79m2、线列式 5 室连续 VHF-PECVD 系统及相应中试生产线及其组件制造技术。成为国际上为数不多可开展大面积新一代硅基薄膜太阳 电池研究的单位。 2011 年，开发出年产能 2 兆瓦、具有自主知识产权的、我国首条年产能 2 兆瓦的非晶硅/非晶硅锗/微晶硅叠层电池生产线及其组件生产技术。生产出的太阳电池组件效率达 9.59%，将新一代硅薄膜电池技术推向产业化。

氢气再循环泵是氢燃料电池系统中的关键部件之一，主要有两种技术路线：电机驱动机械式氢气再循环泵（机械泵）和喷射式氢气再循环泵（喷射泵）。目前国内均无成熟产品，机械泵主要依赖进口，然而该类产品存在大流量下升压能力差、结冰堵转、故障率高等缺点。喷射泵利用氢罐自身压力运行，可完全克服机械泵的缺点，且无需电机驱动、无运动部件，完全避免了由电机带来的能耗、密封、防爆、减振及降噪等致命缺陷，是氢气再循环泵的变革性技术和终极解决方案。本项目综合运用多喷嘴引射新器件、多相适应新技术、全局优化新方法，研发安全、可靠、高效、无源的喷射式氢循环系统，以期解决燃料电池氢循环密封难、能耗高、寿命短等痛点，推动行业进步。

南开大学 1978 年在国内率先开展非晶硅材料及其电池的研究，该技术获得天津市技术发明二等奖。自“六五”至“九五”期间，连续 4 个五年国家科技攻关计划，获科技部重点攻关和天津市科委的支持， 经过 20 余年潜心研发，硅基薄膜太阳电池性能跻身世界先进行列。 于 2003 实现非晶硅电池产业化。 2000 年始，在国内率先开展新一代硅薄膜电池的研究。2007 年， 该成果实现技术转移生产。 2009 年，研制成功我国首套基于自主专利技术的、衬底面积 0.79m2、线列式 5 室连续 VHF-PECVD 系统及相应中试生产线及其 组件制造技术。成为国际上为数不多可开展大面积新一代硅基薄膜太 阳电池研究的单位。 2011 年，开发出年产能 2 兆瓦、具有自主知识产权的、我国首条 年产能 2 兆瓦的非晶硅/非晶硅锗/微晶硅叠层电池生产线及其组件生 产技术。生产出的太阳电池组件效率达 9.59%，将新一代硅薄膜电池 技术推向产业化。

1.痛点问题 新材料的设计与研发往往面临挑战：急需的新材料难以快速筛选设计，而设计出的新材料又难以找到高效且低成本的合成配方，拥有合成配方的新材料又会面临规模化的长周期探索。根据国家工业和信息化部对30余家大型骨干企业调查结果显示，130种关键材料中，有32%国内完全空白、54%虽能生产，但性能稳定性较差、只有14%左右可以完全自给，亟需新思路来解决我国新材料研发难题。本项目着眼于新材料研发，希望通过创建目前业内空白的智能化新材料研发范式，引领行业智能材料开发自动化服务与工艺的开发。 在数字化、智能化浪潮中，国家和各行业的产业界都非常看重科研的智能化升级。通过持续的交流与调研，我们发现许多企业和研发团队目前对智能研发存在大量潜在需求，而智能研究服务与工艺的同类竞品极少。因此，清华智研将作为一家高新科技企业，以AI赋能研发（AIEmpoweringResearch&Development）为使命，组建国际顶尖水平团队，向国内引进并自主开发世界前沿的AIforScience技术，打造世界级的AI未来实验室（World-ClassAIFutureLab）。 2.解决方案 本技术为新材料研发数字化智能服务平台，可在材料研发过程中对各个尺度以及不同研发阶段下进行智能化的加速及分析服务。以各种人工智能算法为核心，如主动学习算法，图神经网络，卷积神经网络等，我们根据不同材料体系的尺度包括三大方面：1.针对分子及晶体等微观尺度的功能材料研发，设计智能化的深度学习系统。2.针对二维功能材料及其功能性器件、催化剂、膜材料等宏观尺度，设计智能化的深度学习系统。3.针对功能材料研发的表征仪器等平台尺度，设计智能化的系统解决方案。这些智能化解决方案能极大地加速新材料尤其是碳中和相关材料的研发速度，从而大大地降低研发成本与时间，为企业获得有竞争优势的科研壁垒。 自动化和人工智能助力未来智能实验室的方方面面，从样品制备（称量固体、添加液体、超声处理.等)，到合成（分配液体，控制温度，混合，测量pH值，干燥等)、表征（气相色谱，高效液相色谱，分光光度法等)，通过自动化/机器人的辅助，可以有效提高可重复性，提高信噪比，加快实验速度。通过人工智能技术，将实验数据转换为可操作的智能指导，快速浏览并利用复杂的数据，提升认知能力。 智能化研发平台 3.合作需求 拟成立公司推动该项成果的产业化进程，希望对接 1）工程化、产品化所需的资源； 2）新能源、新材料领域合作企业。

成果描述：橄榄石型磷酸铁锂因为其具有环境友好、成本低、来源广以及稳定性和安全性好等优点；但其过低的离子导电率和电子导电率也限制了LiFePO4在动力锂离子电池方面的应用。 单斜结构的磷酸钒锂晶体内部原子排列构成三维网状结构，为锂离子的迁移提供了有利的通道，因而Li3V2(PO4)3具有更好的锂离子导电性。单斜结构的Li3V2(PO4)3具有较好的稳定性和大电流充放电特性，同时其在充放电时有不止一个锂离子参与脱嵌，具有比LiFePO4更高的电压平台。 本研究通过加入高含量钒合成同时包含LiFePO4和Li3V2(PO4)3相的复合正极材料，利用Li3V2(PO4)3快离子导体的特性改善材料的导电性，使材料具更好的电化学性能。市场前景分析：低成本磷酸钒铁锂电池主要应用于（1）动力电源系统市场，主要针对电动自行车、电动汽车、电动观光车、旅游游艇等.（2）储能系统，比如高档住宅小区的太阳能路灯、景观照明灯、移动通讯基站蓄电池、风能发电等储能系统。与同类成果相比的优势分析：克容量(1C)：160mAh/g； 10C/1C＞80%； 常温循环2000次保持85%以上； 振实密度：1.3g/cm3以上 国际先进。

本成果发明的一类芳香杂环酮或酮醌类化合物作为锂离子二次电池正极材料，是以具有芳香杂环酮或酮醌为电化学氧化还原位点的有机化合物，包括芳香杂环酮和芳香杂环酮醌类衍生物。该类化合物以芳香共轭酮或酮醌骨架上的羰基与锂离子的反应为作用机制并以羰基为反应活性位点，酮羰基、酮醌羰基是都是有机化合物正极材料中普遍使用的活性官能团之一，能够用于实现较高的比容量、更正的氧化还原电位和更高的放电电位，并作为高比容量、高循环性能的锂离子正极材料。拥有的自主知识产权情况：ZL201310543181.8；授权公告日：2016年1月13日。项目成熟度：实验室阶段

项目获国家973、863计划支持，获得国家科技进步二等奖1项、省部级科技一等奖3项，发明专利20余项。

我们开发成功的新型，高效，低成本的可见光响应型太阳能电池，其发电原理完全不同于现在使用的硅太阳电池，以模拟植物的光合作用作为原理，也区别于现在研究的色素增感型太阳能电池，材料费仅为非晶硅太阳能电池的十分之一，因此也叫做“光合成模拟型太阳能电池”。成功合成了在可见光领域动作的氧化物半导体光催化剂，从根本上解决了可见光响应型光电极材料。这一成果发表于《Nature》杂志，并开发出一系列新型光催化剂，在更宽的可见光领域（至600nm）有反应，已申请了多项发明专利。该成果可解决偏远地区人民的照

南京大学通过承担国家“863”计划项目的研究，已经掌握InN材料以及高In组分InGaN材料的生长技术，研制的InN材料电子迁移率达到935cm2/v*s，达到国际先进水平。并且已经取得了InGaN太阳能电池的制备技术。申请了多项国家发明专利。该太阳能电池采用In0.3Ga0.7N的薄膜材料，电极采用MSM结构。从图中可以看出，随着外加偏压的增大，电流响应率也随之逐渐增大。该电池的光电响应率达到2100A/W（450nm，3V）。